EP0786850A2 - Verfahren zum selektiven Schalten und Steuern von Verbrauchern in einem Wechselstromkreis - Google Patents

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EP0786850A2
EP0786850A2 EP97101458A EP97101458A EP0786850A2 EP 0786850 A2 EP0786850 A2 EP 0786850A2 EP 97101458 A EP97101458 A EP 97101458A EP 97101458 A EP97101458 A EP 97101458A EP 0786850 A2 EP0786850 A2 EP 0786850A2
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Definitions

  • the invention relates to a method for switching and controlling the power consumption of at least one consumer in a circuit in which AC voltage is present, in which the or one of the consumers is selectively switched and controlled by arranging an encoder in the circuit and the consumer or the consumers a decoder is connected upstream and the codes are transmitted via the power line, individual half-waves being changed by phase gating for the purpose of information transmission to the consumer or to one of the consumers.
  • AT-E 14 055 (corresponding to EP 0 038 877 B2) describes a method for transmitting message and control signals, in which a current interruption takes place during at least part of certain half-waves and this time interval is used to transmit message or control signals to send or receive individual or all consumers within the AC supply network.
  • the power interruption does not itself serve to transmit information, but should only enable this to be as trouble-free as possible.
  • EP 0 645 870 A1 discloses a method for transmitting information in line networks which serves to send a measurement result to a receiving unit, the measurement result being detected by a sensor which can make yes-no distinctions, for example the absence or can indicate the presence of a device or value.
  • This will be an electrical Signal imprinted the information, specifically by means of Zener diodes with different Zener voltages for different times of an oscillation it is limited. The time period is characteristic of the Zener diode, which indicates the yes-no decision with regard to the sensor.
  • the invention has for its object to develop a method of the type mentioned so that the time required for data transmission can be reduced.
  • This object is achieved in such a method in that the encoder is impressed on a half-wave of a single oscillation of the alternating voltage by the encoder with the information for switching from the consumer or one of the consumers, the phases of the one half-wave being cut and the duration of the phase gating for encoding contains the information relating to the selection of the consumer, and that the phase of the other half-wave of the one oscillation can be cut to control the power consumption and the duration of the phase gating contains the information relating to the power consumption of the consumer.
  • the data transmission is completed within one oscillation period and therefore, depending on the frequency of the alternating voltage, generally takes only a few milliseconds.
  • the data transfer itself is carried out analogously.
  • phase segment is used instead of the phase angle.
  • the point in time of the beginning of the phase gating for each half-wave is determined by the zero crossing.
  • the first half-wave contains the information regarding the consumer to be selected
  • the second half-wave contains the information regarding the power consumption.
  • the decoder upstream of the consumer can determine whether it is addressed. If this is the case, it can also evaluate the information of the second half-wave, which otherwise would not have to be taken into account by the decoders not addressed.
  • the first half-wave can be positive or negative, which doubles the number of addressable decoders in the circuit, since this information can also be evaluated.
  • a code is used for the simultaneous switching of all consumers, for which a half-wave of the oscillation is sufficient. Then it is not necessary for all the decoders to be addressed successively, but all consumers are switched on and off within one oscillation. It is also advantageous if a code for simultaneously controlling the power consumption of all Consumer is used, so that all consumers can be simultaneously set to a predetermined value by a control command, which does not necessarily have to be the same for all consumers and can correspond to a stand-by mode.
  • a preferred device for carrying out the method is characterized in that an encoder is arranged in the AC circuit with the power line and a decoder is connected upstream of the consumer or consumers, that a triac is provided for the phase gating, and that the circuit for the encoder and the Decoder is each formed on an integrated circuit chip.
  • the associated miniaturization makes it possible to accommodate the encoder in a wall installation within the space specified by a flush-mounted box.
  • the decoder can be integrated directly at the consumer.
  • the method is used for switching and for controlling the power consumption of one or more consumers which are arranged in an AC circuit.
  • the switching on and off or dimming of lamps 10 can be mentioned in a circuit in which the voltage of 230 V common at 50 Hz is present in households.
  • an encoder 1 is arranged in the circuit, from which data is transmitted via the power line 11 to a decoder 2 which is connected upstream of the lamps 1.
  • the information which lamp 1 is to be switched or dimmed is impressed on a single oscillation with two half-waves of the AC voltage.
  • the information required in this regard is contained in the time period To-T1 or To'-T2, which is given by a phase gating, the time period in one half wave being characteristic of the decoder to be addressed and the lamp 1, while the time period is in the other half wave indicates the power consumption.
  • 1 shows a two-phase phase cut To-T1 or To'-T2, the zero crossing in each case specifying the start time.
  • a phase section can be used in the same way.
  • the phase gating is carried out by means of a triac in the encoder 1 at the time To or To 'of the zero crossing. After a certain period of time, which is assigned to a lamp 1, the ignition takes place at time T1.
  • the decoder 2 of the lamp 1 in question recognizes that it is addressed and also the information from the phase gating of the second half-wave evaluated, the ignition again taking place after a time period from To 'to time T2.
  • the load can be switched off during the data transmission if the triac is subjected to a greater load.
  • the triac in the encoder 1 is switched through in the normal state, so that a plurality of encoders 1 can be connected in series and can also be installed instead of an alternating or cross connection.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a device which contains an encoder 1 and two decoders 2, 2 '.
  • the circuit for the encoder 1 and the decoder 2, 2 ' is in each case formed on one chip as an integrated circuit, as a result of which their overall dimensions can be small.
  • the encoder 1 is integrated in a switch that can be used for example in a flush-mounted box for wall installation.
  • a button 3 is provided on the switch, with which all lamps 10 can be switched on simultaneously.
  • a code is generated by the encoder 1, which addresses all decoders 2, 2 'simultaneously.
  • a key 5 on the switch can also be used to generate a code with which a new value for the power consumption is simultaneously set in all decoders 2, 2 '. For example, a preset can be called up or switched to emergency lighting.
  • the switch also includes buttons 6 with which a lamp 10 can be selected for selective switching and control and dimmed by dimmer buttons 7.
  • the switch has a display that shows the information to be transmitted regarding lamp and power consumption.
  • This method cannot only be used for switching and dimming lamps, which have only been mentioned by way of example to explain the method.
  • the method is also used for switching and controlling other consumers, such as electric motors, resistance heaters.

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Abstract

Verfahren zum selektiven Schalten und Steuern von Verbrauchern in einem Wechselstromkreis direkt durch einen oder einige Phasenabschnitte oder Phasenanschnitte. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten und zum Steuern der Leistungsaufnahme von mindestens einem Verbraucher in einem Stromkreis, in dem Wechselspannung anliegt, bei dem der oder einer der Verbraucher selektiv geschaltet und gesteuert wird, indem im Stromkreis ein Codierer angeordnet und dem Verbraucher oder den Verbrauchern jeweils ein Decodierer vorgeschaltet wird und die Übertragung der Codes über die Stromleitung erfolgt, wobei zum Zwecke der Informationsübertragung zu dem oder einem der Verbraucher einzelne Halbwellen durch Phasenanschnitt verändert werden.
  • Aus der Patentanmeldung DE 44 31 984 A1 ist ein derartiges Verfahren bekannt, bei dem in aufeinanderfolgenden Sinuswellen Lücken in Form fehlender Halbwellen oder Teilen davon als Marken eingebracht werden. Die Anzahl der Sinuswellen zwischen solchen Marken wird gezählt und ergibt zur Ansteuerung ein serielles digitales Datenwort. Dieses Verfahren ist mit geringem Aufwand auszuführen, hat jedoch den Nachteil, daß die für die Informationsübertragung benötigte, mehrere Wellenzüge umfassende Zeitdauer relativ lang ist, was sich insbesondere dann störend bemerkbar macht, wenn viele Verbraucher im Stromkreis angeordnet sind und nacheinander ein- und ausgeschaltet werden.
  • In der AT-E 14 055 (entsprechend EP 0 038 877 B2) ist ein Verfahren zur Übertragung von Nachrichten- und Steuersignalen beschrieben, bei dem während mindestens eines Teils bestimmter Halbwellen eine Stromunterbrechung erfolgt und dieses Zeitintervall genutzt wird, um Nachrichten- oder Steuersignale an einzelne oder alle Verbraucher innerhalb des Wechselstrom-Versorgungsnetzes zu übersenden bzw. von diesen zu empfangen. Die Stromunterbrechung dient dabei nicht selber der Informationsübermittelung, sondern soll diese nur möglichst störungsfrei ermöglichen.
  • Durch EP 0 645 870 A1 ist ein Verfahren zur Informationsübertragung in Leitungsnetzen offenbart, das dazu dient, ein Meßergebnis an eine Empfangseinheit zu senden, wobei das Meßergebnis von einem Sensor erfaßt wird, der Ja-Nein-Unterscheidungen treffen kann, also beispielsweise das Fehlen oder die Präsenz eines Gerätes oder Wertes anzeigen kann. Dazu wird einem elektrischen Signal die Information aufgeprägt, und zwar indem mittels Zener-Dioden mit unterschiedlichen Zener-Spannungen für unterschiedliche Zeiten einer Schwingung diese begrenzt wird. Die Zeitdauer ist charakteristisch für die Zener-Diode, die hinsichtlich des Sensors die Ja-Nein-Entscheidung indiziert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß der Zeitbedarf für die Datenübertragung verringert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird bei einem derartigen Verfahren dadurch gelöst, daß einer Halbwelle einer einzigen Schwingung der Wechselspannung durch den Codierer die Information zum Schalten von dem Verbraucher oder einem der Verbraucher aufgeprägt wird, wobei zur Codierung die Phasen der einen Halbwelle angeschnitten wird und die Zeitdauer des Phasenanschnitts die Information bezüglich der Auswahl des Verbrauchers enthält, und daß zum Steuern der Leistungsaufnahme die Phase der anderen Halbwelle der einen Schwingung anschneidbar ist und die Zeitdauer des Phasenanschnitts die Information bezüglich der Leistungsaufnahme des Verbrauchers enthält.
  • Bei diesem Verfahren ist die Datenübertragung innerhalb einer Schwingungsdauer abgeschlossen und beansprucht daher, je nach Frequenz der Wechselspannung, in der Regel nur noch wenige Millisekunden. Die Datenübertragung selber erfolgt analog.
  • Im Rahmen de Erfindung ist gleichfalls vorgesehen, daß anstelle des Phasenanschnitts ein Phasenabschnitt verwendet wird.
  • Hinsichtlich der Detektierbarkeit eines genau definierten Zeitpunkts ist es günstig, wenn der Zeitpunkt des Beginns des Phasenanschnitts für jede Halbwelle durch den Nulldurchgang bestimmt wird.
  • In dem weiteren Verfahren gemaß der Erfindung ist vorgesehen, daß die erste Halbwelle die Information bezüglich des auszuwählenden Verbrauchers, die zweite Halbwelle die Information bezüglich der Leistungsaufnahme enthält. Schon anhand der Information in der ersten Halbwelle kann der dem Verbraucher vorgeschaltete Decodierer ermitteln, ob er angesprochen ist. Ist dies der Fall, so kann er auch die Information der zweiten Halbwelle auswerten, die ansonsten von den nicht angesprochenen Decodierern nicht weiter beachtet werden muß. Die erste Halbwelle kann positiv oder negativ sein, wodurch sich die Anzahl der ansprechbaren Decodierer im Stromkreis verdoppelt, da diese Information ebenfalls mit ausgewertet werden kann.
  • Hinsichtlich einer möglichst kurzen Übertragungsdauer für sämtliche Verbraucher im Stromkreis ist es vorteilhaft, wenn ein Code zum simultanen Schalten aller Verbraucher verwendet wird, wozu dann eine Halbwelle der Schwingung ausreicht. Dann ist es nicht notwendig, daß sukzessive alle Decodierer einzeln angesprochen werden, sondern innerhalb einer Schwingung werden alle Verbraucher ein- bzw. ausgeschaltet. Vorteilhaft ist es auch, wenn ein Code zum simultanen Steuern der Leistungsaufnahme aller Verbraucher verwendet wird, da so durch einen Steuerbefehl alle Verbraucher gleichzeitig auf einen vorbestimmten Wert, der nicht notwendigerweise für alle Verbraucher gleich sein muß und einem Stand-by-Betrieb entsprechen kann, eingestellt werden kann.
  • Insbesondere wenn viele Verbraucher im Stromkreis angeordnet sind, ist es hinsichtlich der guten Detektierbarkeit der Änderungen der Phasenlage vorteilhaft, wenn für die Zeit der Datenübertragung die Last im Stromkreis abgeschaltet wird.
  • Eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß im Wechselstromkreis mit der Stromleitung ein Codierer angeordnet und dem Verbraucher oder den Verbrauchern jeweils ein Decodierer vorgeschaltet ist, daß für den Phasenanschnitt ein Triac vorgesehen ist, und daß die Schaltung für den Codierer und den Decodierer jeweils auf einem Chip als integrierter Schaltkreis ausgebildet ist. Durch die damit verbundene Minituarisierung ergibt sich die Möglichkeit, bei einer Wandinstallation den Codierer innerhalb des durch eine Unterputzdose vorgegebenen Raums unterzubringen. Der Decodierer kann direkt am Verbraucher integriert sein.
  • Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert werden; es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Schwingungszug der Wechselspannung mit zweimaligem Phasenanschnitt einer Vollschwingung, und
    Fig. 2
    die schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Stromkreises mit Codierer und Decodierer.
  • Das Verfahren dient zum Schalten und zum Steuern der Leistungsaufnahme von einem oder mehreren Verbrauchern, die in einem Wechselstromkreis angeordnet sind. Beispielhaft kann diesbezüglich das Ein- und Ausschalten bzw. Dimmen von Lampen 10 in einem Stromkreis angeführt werden, in dem die in Haushalten übliche Spannung von 230 V bei 50 Hz anliegt. Um die Lampen 10 selektiv ein- und ausschalten bzw. dimmen zu können ist im Stromkreis ein Codierer 1 angeordnet, von dem Daten über die Stromleitung 11 zu einem Decodierer 2 übertragen werden, der den Lampen 1 vorgeschaltet ist. Zur Übertragung der Daten wird einer einzigen Schwingung mit zwei Halbwellen der Wechselspannung die Information aufgeprägt, welche Lampe 1 geschaltet bzw. gedimmt werden soll. Die diesbezüglich notwendige Information ist in der Zeitdauer To-T1 bzw To'-T2 enthalten, die durch einen Phasenanschnitt gegeben ist, wobei die Zeitdauer in der einen Halbwelle charakteristisch für den anzusprechenden Decodierer und die Lampe 1 ist, während die Zeitdauer in der anderen Halbwelle die Leistungsaufnahme angibt. In der Fig. 1 ist ein zweimaliger Phasenanschnitt To-T1 bzw To'-T2 gezeigt, wobei der Nulldurchgang jeweils den Startzeitpunkt vorgibt. Ein Phasenabschnitt ist in gleicher Weise einsetzbar. Der Phasenanschnitt wird mittels eines Triacs im Codierer 1 zum Zeitpunkt To bzw. To' des Nulldurchgangs ausgeführt. Nach einer bestimmten Zeitdauer, die einer Lampe 1 zugeordnet ist, erfolgt zum Zeitpunkt T1 die Zündung. Vom Decodierer 2 der betreffenden Lampe 1 wird erkannt, daß dieser angesprochen ist und auch die Informationen aus dem Phasenanschnitt der zweiten Halbwelle ausgewertet, wobei wiederum nach einer Zeitdauer von To' bis zum Zeitpunkt T2 die Zündung erfolgt.
  • Um den Zündzeitpunkt einwandfrei detektieren zu können, kann bei einer größeren Belastung des Triacs die Last während der Datenübertragung abgeschaltet werden.
  • Der Triac im Codierer 1 ist im Normalzustand durchgeschaltet, so daß mehrere Codierer 1 in Reihe geschaltet und auch anstelle einer Wechsel- oder Kreuzschaltung eingebaut werden können.
  • Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die einen Codierer 1 und zwei Decodierer 2, 2' enthält. Die Schaltung für den Codierer 1 und den Decodierer 2, 2' ist jeweils auf einem Chip als integrierter Schaltkreis ausgebildet, wodurch deren Abmessungen insgesamt klein ausfallen können. Der Codierer 1 ist in einem Schalter integriert, der beispielsweise in einer Unterputzdose für die Wandinstallation eingesetzt werden kann. An dem Schalter ist eine Taste 3 vorgesehen, mit der alle Lampen 10 gleichzeitig eingeschaltet werden können. Genauso ist ein Schalter 4 vorhanden, der sämtliche Lampen 10 gleichzeitig ausschaltet. Dazu wird jeweils vom Codierer 1 ein Code erzeugt, der alle Decodierer 2, 2' gleichzeitig anspricht. Gleicherweise kann durch eine Taste 5 am Schalter auch ein Code erzeugt werden, mit dem gleichzeitig in sämtlichen Decodierern 2, 2' ein neuer Wert für die Leistungsaufnahme gesetzt wird. So kann beispielsweise eine Voreinstellung abgerufen werden bzw. auf eine Notbeleuchtung umgeschaltet werden. Der Schalter umfaßt weiterhin Tasten 6, mit denen zum selektiven Schalten und Steuern jeweils eine Lampe 10 ausgewählt und durch Dimmertasten 7 gedimmt werden kann. Außerdem weist der Schalter ein Display auf, das die zu übertragende Information bezüglich Lampe und Leistungsaufnahme anzeigt.
  • Dieses Verfahren kann nicht nur zum Schalten und Dimmen von Lampen ausgeführt werden, die lediglich beispielhaft zur Erläuterung des Verfahrens genannt worden sind. Das Verfahren findet auch Anwendung beim Schalten und Steuern von anderen Verbrauchern, wie beispielsweise Elektromotoren, Widerstandsheizungen.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Schalten und zum Steuern der Leistungsaufnahme von mindestens einem Verbraucher in einem Stromkreis, in dem Wechselspannung anliegt, bei dem der oder einer der Verbraucher selektiv geschaltet und gesteuert wird, indem im Stromkreis ein Codierer (1) angeordnet und dem Verbraucher oder den Verbrauchern jeweils ein Decodierer (2) vorgeschaltet wird und die Übertragung der Codes über die Stromleitung (11) erfolgt, wobei zum Zwecke der Informationsübertragung zu dem Verbraucher oder einem der Verbraucher einzelne Halbwellen durch Phasenanschnitt verändert werden, dadurch gekennzeichnet, daß einer Halbwelle einer einzigen Schwingung der Wechselspannung durch den Codierer (1) die Information zum Schalten von dem oder einem der Verbraucher aufgeprägt wird, wobei zur Codierung die Phase der Halbwelle angeschnitten wird und die Zeitdauer (To-T1) des Phasenanschnitts die Information bezüglich der Auswahl des Verbrauchers enthält, und daß zum Steuern der Leistungsaufnahme die Phase der anderen Halbwelle der einen Schwingung anschneidbar ist und die Zeitdauer (To'-T2) des Phasenanschnitts die Information bezüglich der Leistungsaufnahme des Verbrauchers enthält.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Phasenanschnitts ein Phasenabschnitt verwendet wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt (To, To') des Beginns des Phasenanschnitts für jede Halbwelle durch den Nulldurchgang bestimmt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Halbwelle die Information bezüglich des auszuwählenden Verbrauchers und die zweite Halbwelle die Information bezüglich der Leistungsaufnahme enthält.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Code zum simultanen Schalten aller Verbraucher verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Code zum simultanen Steuern der Leistungsaufnahme aller Verbraucher verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zeit der Datenübertragung die Last im Stromkreis abgeschaltet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bezüglich der Codierung des auszuwählenden Verbrauchers die Information über die Polarität der ersten Halbwelle ausgenutzt wird.
  9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Wechselstromkreis mit der Stromleitung (11) ein Codierer (1) angeordnet und dem Verbraucher oder den Verbrauchern jeweils ein Decodierer (2) vorgeschaltet ist, daß für den Phasenanschnitt ein Triac vorgesehen ist, und daß die Schaltung für den Codierer (1) und den Decodierer (2) jeweils auf einem Chip als integrierter Schaltkreis ausgebildet ist.
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